Metabolismo Energético das Células

FotossínteseQuimiossíntese

Respiração CelularFermentação

1. Introdução

Reações endotérmicas

- Característica: Precisam receber energia

- Ex.:Fotossíntese e quimiossíntese

Reações exotérmicas

- Característica: Liberam energia

- Ex.:Respiração e fermentação

Exotérmica

Endotérmica

Nível de energia

Nível de energia

Reagentes

Produtos

Reagentes

Produtos

Reação

1.1 ATP – Trifosfato de Adenosina

Este composto armazena, em suas ligações fosfato, parte da energia desprendida pelas reações exotérmicas e tem a capacidade de

liberar, por hidrólise, essa energia armazenada para promover reações

endotérmicas.

NUCLEOSÍDEO

NUCLEOTÍDEO = adenosina monofosfato (AMP)

Adenosina difosfato (ADP)

Adenosina trifosfato (ATP)

Adenina

Fosfato

Ribose

Molécula de ATP

A

B ADP + Pi

ATP

Reação endotérmica

Reação endotérmica

Reação exotérmica

Reação exotérmica

C

D

e

Calor

e

Calor

REAÇÕES ACOPLADAS

Reação exotérmica

Reação endotérmica

ATP em ação

2. Fotossíntese

É o principal processo autotrófico realizada pelos seres clorofilados, representados por plantas, alguns protistas, bactérias fotossintetizantes e cianobactérias.

Os seres fotossintetizantes são fundamentais para a manutenção da vida em nosso planeta, pois são a base das cadeias alimentares e produzem oxigênio.

6CO2 + 12 H2O LUZ E CLOROFILA C6H12O6 + 6O2+6H2O

Fórmula Geral

Célula clorofilada

Membrana do tilacóide

Esquema da molécula de

clorofila

Folha

Granum

Parede celular

Cloroplasto

Membrana externa

Membrana interna

Tilacóide

GranumEstroma

DNA

Núcleo

VacúoloCloroplasto

Tilacóide

Complexo antena

Caminho da Fotossíntese

2.1 Etapas Fotoquímica (reação de claro)

Necessita de energia luminosa.OBS.: A clorofila reflete a luz verde e absorve com maior

eficiência os comprimento de onda das luzes azul e vermelha.

Química (reação de escuro) Não necessita de luz, mas sim dos produtos formados na fase fotoquímica.

CLOROPLASTO

Tilacóide

Etapa IIQUÍMICA

Etapa IFOTOQUÍMIC

A

Luz H2O CO2

ADP

NADP

H2OC6H12O6

ATP

NADPH2

O2

ESTROMA

Glicose

Fotossíntese em ação

2.2 Etapa Fotoquímica Ações:

Fotofosforilação e Fotólise da água Reagentes:

Luz, H2O, ADP e NADP Produtos:

O2 / ATP / NADPH2 Local:

tilacóides

Fotofosforilação adição de fostato (fosforilação) em presença de luz (foto) com a transferência da energia captada pela clorofila para as moléculas de ATP.

Fotólise da água quebra da água por enzimas localizadas nos tilacóides, sob a ação da luz, liberando O2 e formação de NADPH2

Fotólise da água: quebra da molécula de água em presença de luz

Luz

Clorofila

Fotofosforilação: adição de fosfato em presença de luz

ATPADP

O2

2 NADPH2

4 H+ + 4 e- +2 H2O

4 H+ + 2 NADP

2.3 Etapa Química Ações:

Ciclo das pentoses Reagentes:

CO2, ATP e NADPH2

Produtos:

Carboidratos e H2O Local:

EstromaCiclo de pentoses

proposto por Melvin Calvin (1961)Fixação do carbono, elemento presente no meio abiótico que passa para o biótico

6C O2 + 12NADPH2 + nATP C6 H12 O6 + 6 H2 O + nADP + nP6C O2 + 12NADPH2 + nATP C6 H12 O6 + 6 H2 O + nADP + nP

Equação da etapa química

2.5 Observações As partes verdes das plantas, representadas principalmente

pelas folhas, são as únicas capazes de realizar fotossíntese. O oxigênio liberado pela fotossíntese realizada pelos

eucariontes e cianobactérias provém da água, e não do gás carbônico (Cornelius van Niel em 1930 bactéria vermelhas sulfurosas)

Principais tipos de clorofila: a eucariontes e cianobactérias b plantas e algas verdesc algas pardas e diatomáceas d algas vermelhasbacterioclorofila bactérias fotossintetizantes

O açúcar produzido na fotossíntese parte serve para• sintetizar outras moléculas orgânicas (sacarose, celulose) • utilizada pelas mitocôndrias (cerca de 50%),• reserva na forma de amido (raízes, tubérculos e frutos).

3. Quimiossíntese

Processo em que a energia utilizada na formação de compostos orgânicos, a partir de gás carbônico(CO2) e água (H2O), provém da oxidação de substâncias inorgânicas.

Principais bactérias quimiossintetizantes:• FERROBACTÉRIAS oxidação de compostos de

ferro.

• NITROBACTÉRIAS oxidação da amônia (NH3) ou de nitritos (NO3) (importantes no ciclo do nitrogênio).

• Nitrossomas & Nitrobacter

4. Respiração

Processo de síntese de ATP que envolve a cadeia respiratória.

Tipos• AERÓBIA em que o aceptor final de

hidrogênios é o oxigênio.

• ANAERÓBIA em que o aceptor final de hidrogênio não é o oxigênio e sim outra substância (sulfato, nitrato)

MITOCÔNDRIACITOPLASMA

Glicose(6 C)

C6H12O6

Glicose(6 C)

C6H12O6

2 CO2

Ciclo de

Krebs

4 CO2

2 ATP

H2

FASE ANAERÓBIA FASE AERÓBIA

6 H2O

CADEIA

RESPIRATÓRIA

Saldo de 32 ou 34 ATPs

6 O2

Piruvato (3 C)

Piruvato (3 C)

GLICÓLISE

Saldo de 2 ATP

Respiração em Eucariontes

4.1 Respiração Aeróbia Utilizadas por procariontes, protistas, fungos, plantas e

animais. Molécula principal: glicose. Etapas:

• Glicólise (não usa O2).• Ciclo de Krebs• Cadeia respiratória (usa O2)

Obs.:• Procariontes: glicólise e ciclo de Krebs ocorrem no

citoplasma e a cadeia respiratória na membrana.• Eucariontes: glicólise ocorre no citossol, e nas

mitocôndrias o ciclo de Krebs (matriz) e a cadeia respiratória (cristas).

4.1.2 Glicólise

Função: quebra de moléculas de glicose e formação do piruvato.

Local: citossol Procedimento:

• Glicose 2 piruvato: liberação de hidrogênio e energia.

• NAD NADH :energia usada na síntese de ATP.

O piruvato formado entra na mitocôndria e segue para o ciclo de Krebs.

P ~ 6 C ~ P

3 C Piruvato 3 C Piruvato

Glicose (6C) C6H12O6

Glicose (6C) C6H12O6

ADP

ATP

ADP

ATP

1. Duas moléculas de ATP são utilizadas para ativar uma molécula de glicose e iniciar a reação.

3 C ~ P 3 C ~ P

2. A molécula de glicose ativada pelo ATP divide-se em duas moléculas de três carbonos.

PiPi NAD

P ~ 3 C ~ PNADHNADH

NAD

P ~ 3 C ~ PNADHNADH

3. Incorporação de fosfato inorgânico e formação de NADH.

P ~ 3 C

ADP

ATPATPP ~ 3 C

ADP

ATPATP4. Duas moléculas de ATP são liberadas recuperando as duas utilizadas no início.

ADPATPATP

ADPATPATP

5. Liberação de duas moléculas de ATP e formação de piruvato.

Glicólise

4.1.3 Ciclo de Krebs Nomes: ciclo do ácido cítrico ou ácido tricarboxílico. Mentor: Hans Adolf Krebs, 1953) Local: matriz mitocondrial Procedimento:

• Piruvato acetil : liberação de CO2 e H.

• Acetil Acetil-coenzima A (acetil-CoA) : entra no ciclo de Krebs.

• Ciclo de Krebs: liberação de CO2, ATP, NADH, FADH2

Obs.: todo o gás carbônico liberado na respiração provém da formação do acetil e do ciclo de Krebs.

4.1.4 Cadeia respiratória

Função: formação de ATP Local: crista mitocondrial Procedimento:

• Fosforilação oxidativa:transferência de hidrogênios pelos citocromos, formando ATP e tendo como aceptor final o oxigênio e a formação de água

Obs.: O rendimento energético para cada molécula de glicose é de 38 moléculas de ATP.

Citosol

Crista mitocondrial

Mitocôndria

Glicose (6 C) C6H12O6

Glicose (6 C) C6H12O6

Total: 10

NADH 2

FADH2

Total: 10

NADH 2

FADH2

1 ATP1 ATP1 ATP1 ATP

1 NADH1 NADH 1 NADH1 NADH

Piruvato (3 C) Piruvato (3 C) Piruvato (3 C) Piruvato (3 C)

6 O26 O2

6 H2O6 H2O

32 ou 34 ATP

32 ou 34 ATP

6 NADH6 NADH

2 FADH2 FADH

2 ATP2 ATP

4 CO24 CO2

2 CO22 CO2

2 NADH2 NADH

2 acetil-CoA (2 C)

2 acetil-CoA (2 C)

Ciclo de

Krebs

Visão geral do processo respiratório em célula eucariótica

4.2 Respiração Anaeróbia

Utilizada por bactérias desnitrificantes do solo como a Pseudimonas disnitrificans, elas participam do ciclo de nitrogênio devolvendo o N2 para a atmosfera.

Molécula principal: glicose e nitrato. Fórmula:

C6H12O6 + 4NO3 6CO2 + 6H2O + N2 + energia

5. Fermentação Processo anaeróbio de síntese de ATP que ocorre na

ausência de O2(solos profundos e regiões com teor de O2 quase zero) e que não envolve a cadeia respiratória.

Aceptor final: composto orgânico. Seres Anaeróbios:

• ESTRITOS: só realiza um dos processos anaeróbios(fermentação ou respiração anaeróbia) Ex.: Clostridium tetani

• FACULTATIVAS: realizam fermentação ou respiração aeróbia.Ex.: Sacharomyces cerevisiae

Procedimento:• Glicose degradada em substâncias orgânicas mais simples

como : ácido lático (fermentação lática) e álcool etílico (fermentação alcoólica)

5.1 Fermentação Lática

O piruvato é transformado em ácido lático. Realizada por bactérias, fungos protozoários e

por algumas células do tecido muscular humano.

Exemplos:• Cãibra: fermentação devido à insuficiência de O2

• Azedamento do leite.

• Produção de conservas.

Glicólise

Glicose (6 C) C6H12O6

Glicose (6 C) C6H12O6

ATPATP

ATPATP

Piruvato (3 C)Piruvato (3 C)

Piruvato (3 C)Piruvato (3 C)

NADH

NADH

Ácido lático 3 C

Ácido lático 3 C

NAD

Ácido lático 3 C

Ácido lático 3 C

NAD

Fermentação Lática

5.2 Fermentação Alcoólica

O piruvato é transformado em álcool etílico. Realizada por bactérias e leveduras. Exemplos:

• Sacharomyces cerevisiae produção de bebidas alcoólicas (vinho e cerveja)

• Levedo fabricação de pão.

Glicólise

Glicose (6 C) C6H12O6

Glicose (6 C) C6H12O6

ATPATP

ATPATP

Piruvato (3 C)Piruvato (3 C)

Piruvato (3 C)Piruvato (3 C)

NADH

NADH

CO2CO2

CO2CO2

Álcool etílico 3 C

Álcool etílico 3 C

Álcool etílico 3 C

Álcool etílico 3 C

NAD

NAD

Fermentação Alcoólica

Glicólise

Glicose (6C) C6H12O6

Glicose (6C) C6H12O6

ATPATP

ATPATP

NADH

NADH

Ácido acético

3 C

Ácido acético

3 C

CO2CO2

NAD NADH2

H2O

Ácido acético

3 C

Ácido acético

3 CCO2CO2

NAD NADH2

H2O

Piruvato (3 C)Piruvato (3 C)

Piruvato (3 C)Piruvato (3 C)

Fermentação Acética

Glicose ácido lático + 2 ATPGlicose ácido lático + 2 ATP

Fermentação Lática

Glicose álcool etílico + CO2 + 2 ATPGlicose álcool etílico + CO2 + 2 ATP

Fermentação Alcoólica

Glicose ácido acético + CO2 + 2 ATPGlicose ácido acético + CO2 + 2 ATP

Fermentação Acética

Glicose + O2 CO2 + H2O + 36 ou 38 ATPGlicose + O2 CO2 + H2O + 36 ou 38 ATP

Respiração

Resumo dos Tipos de fermentação e a respiração